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2023 Fiscal Year Annual Research Report

オルガネラ代謝物の化学標識による時空間メタボローム解析

Research Project

Project/Area Number 21H02058
Allocation TypeSingle-year Grants
Research InstitutionKyoto University

Principal Investigator

田村 朋則  京都大学, 工学研究科, 講師 (10746639)

Project Period (FY) 2021-04-01 – 2025-03-31
KeywordsCRISPRスクリーニング / ホスファチジルコリン / O-Click FC / フローサイトメトリー
Outline of Annual Research Achievements

従来型の細胞の脂質分析では、大量に集めた細胞抽出物の放射線分析や質量分析を行う方法が主流である。この方法には多大な時間と労力がかかり、多数のサンプルを解析する際のボトルネックとなっている。2万種類にもおよぶ人の遺伝子と脂質代謝の関わりを突き止めるためには、本課題の解決が重要である。本研究では、細胞オルガネラ特異的に脂質を蛍光標識する我々独自の技術を活用し、細胞内における脂質の「存在量」と「空間分布」を、単純な蛍光シグナル情報として捉えて超高速(1万細胞/1秒)に解析する技術「O-ClickFC」を開発した。本技術の活用により、人の全遺伝子の変異をもつ細胞集団から、脂質の代謝が異常な細胞を選別し、その原因遺伝子を同定することが可能となった。我々は実証実験として、人の脂質の主要成分であるホスファチジルコリンの代謝に重要な遺伝子49個を同定し、FLVCR1など多数の新規遺伝子を発見した。詳細な解析から、FLVCR1は生命維持に必須の栄養素コリンを細胞内に取り込ませる役割をもつことを見出した。さらに、遺伝性神経疾患の原因となる変異型FLVCR1はコリン取り込み活性を喪失するという病態発現メカニズムの一端を解明した。
本技術は、今後、脂質だけでなく、糖やアミノ酸などの様々な代謝物の解析に応用できいると予想され、がん・肥満・糖尿病など代謝異常が原因である生活習慣病の病態解明に貢献すると考えられる。また、病態発現と代謝異常を結びつけている遺伝的要因や、創薬標的の候補分子を網羅的に同定することで、さまざまな疾患における治療法の開発が期待される。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

当初の予想を大きく上回る成果として、オルガネラ選択的脂質ラベリング技術を応用してホスファチジルコリンの関連遺伝子を網羅的にスクリーニングする新手法O-Click FCの開発に成功した。

Strategy for Future Research Activity

今後はO-Click FCの適用範囲を拡張を目指し、他の様々な脂質種や脂肪酸特異的な蛍光標識技術を開発する。また、得られた遺伝子リストの中からホスファチジルコリンとの関連性が未だ解明されていない遺伝子を複数ピックアップし、そのフォローアップ検証を実施する。

  • Research Products

    (10 results)

All 2023

All Journal Article (4 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 4 results) Presentation (6 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Invited: 3 results)

  • [Journal Article] Organelle-selective click labeling coupled with flow cytometry allows pooled CRISPR screening of genes involved in phosphatidylcholine metabolism2023

    • Author(s)
      Tsuchiya Masaki、Tachibana Nobuhiko、Nagao Kohjiro、Tamura Tomonori、Hamachi Itaru
    • Journal Title

      Cell Metabolism

      Volume: 35 Pages: 1072~1083.e9

    • DOI

      10.1016/j.cmet.2023.02.014

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Revisiting PFA-mediated tissue fixation chemistry: FixEL enables trapping of small molecules in the brain to visualize their distribution changes2023

    • Author(s)
      Nonaka Hiroshi、Mino Takeharu、Sakamoto Seiji、Oh Jae Hoon、Watanabe Yu、Ishikawa Mamoru、Tsushima Akihiro、Amaike Kazuma、Kiyonaka Shigeki、Tamura Tomonori、Radu Aricescu A.、Kakegawa Wataru、Miura Eriko、Yuzaki Michisuke、Hamachi Itaru
    • Journal Title

      Chem

      Volume: 9 Pages: 523~540

    • DOI

      10.1016/j.chempr.2022.11.005

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Endogenous Cell-Surface Receptor Modification by Metal Chelation-Assisted Pyridinium Oxime Catalyst2023

    • Author(s)
      Thimaradka Vikram、Utsunomiya Hayata、Tamura Tomonori、Hamachi Itaru
    • Journal Title

      Organic Letters

      Volume: 25 Pages: 2118~2122

    • DOI

      10.1021/acs.orglett.3c00541

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Lysine-Reactive <i>N</i>-Acyl-<i>N</i>-aryl Sulfonamide Warheads: Improved Reaction Properties and Application in the Covalent Inhibition of an Ibrutinib-Resistant BTK Mutant2023

    • Author(s)
      Kawano Masaharu、Murakawa Syunsuke、Higashiguchi Kenji、Matsuda Kenji、Tamura Tomonori、Hamachi Itaru
    • Journal Title

      Journal of the American Chemical Society

      Volume: 145 Pages: 26202~26212

    • DOI

      10.1021/jacs.3c08740

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] オルガネラ選択的脂質ラベリングと遺伝子スクリーニング2023

    • Author(s)
      田村朋則
    • Organizer
      第96回日本生化学会大会
    • Invited
  • [Presentation] A nongenetic, optochemical method for proximity labeling in the live mouse brain2023

    • Author(s)
      Mikiko Takato, Seiji Sakamoto, Hiroshi Nonaka, Tomonori Tamura, Itaru Hamachi
    • Organizer
      EMBL Wellcome Connecting Science Conference Proteomics in cell biology and disease mechanisms
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] オルガネラ選択的脂質ラベリング2023

    • Author(s)
      田村朋則
    • Organizer
      東京大学工学系研究科 化学生命工学専攻 講演会
    • Invited
  • [Presentation] ヘムトランスポーター FLVCR1 の未知機能の発見2023

    • Author(s)
      田村朋則
    • Organizer
      メタルバイオサイエンス研究会2023
    • Invited
  • [Presentation] オルガネラ選択的脂質ラベリングを利用した脂質代謝因子のCRISPRスクリーニング2023

    • Author(s)
      田村朋則
    • Organizer
      第17回バイオ関連化学シンポジウム
  • [Presentation] 脂肪酸代謝物のオルガネラ選択的ラベリング2023

    • Author(s)
      木村 天海、土谷 正樹、田村 朋則、浜地 格
    • Organizer
      第17回バイオ関連化学シンポジウム

URL: 

Published: 2024-12-25  

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